分析重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的吊車(chē)梁和排架柱結(jié)

【摘要】本文選取了某鋼結(jié)構(gòu)廠房的工程實(shí)例，重點(diǎn)對(duì)吊車(chē)梁和排架柱設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析對(duì)比，提出了設(shè)計(jì)重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】重型鋼結(jié)構(gòu)廠房；吊車(chē)梁；排架柱

1.工程概況

該廠房為單層、兩跨鋼結(jié)構(gòu)廠房，長(zhǎng)489 m，寬42 m，建筑面積20538 m2，跨度為2mx21m，柱距有21，24，27m等多種，檐口標(biāo)高28. 1 m，軌道頂標(biāo)高18.000m，每跨內(nèi)設(shè)兩臺(tái)起重量均為350t的A7級(jí)1：作制吊車(chē)。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)使用年限50年，建筑類別為丙類，抗震設(shè)防類別為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0. 05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。計(jì)算軟件采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院的鋼結(jié)構(gòu)CAD軟件STS中的框排架模塊，柱頂端節(jié)點(diǎn)與梁剛接。本工程按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》等相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)。

2.1主要荷載

該廠房結(jié)構(gòu)所受到的荷載主要有豎向荷載包括結(jié)構(gòu)自重、吊車(chē)豎向荷載、屋面活荷載及走道板活荷載；水平荷載包括風(fēng)荷載、灰荷載，吊車(chē)水平荷載等。上述荷載中除屋面自重按0. 55 kN/耐輸人外，其它結(jié)構(gòu)自重由程序自動(dòng)計(jì)算。風(fēng)荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》選用風(fēng)荷載體形系數(shù)后，由程序自動(dòng)布置。屋面活荷載0. SkN/澎，灰荷載在水平投影面，距高爐中心SOm內(nèi)取1. 0 kN/m2，距高爐中心50一100 m時(shí)取0. 5kN/耐，走道板活荷載取2. OkN/耐。基本風(fēng)壓0. 4kN/耐，吊車(chē)荷載直接輸人吊車(chē)樣本，由程序?qū)恕?/p>

2.2主要材料

由于Q345鋼市場(chǎng)價(jià)格與Q235鋼相差不大，Q345鋼不僅強(qiáng)度高，同時(shí)又具有良好的可焊性及可加工性等工藝性能，所以本工程排架及吊車(chē)梁均采用Q345 B鋼材。

2.3主要結(jié)構(gòu)布置

本工程排架柱為單階柱，上階柱采用工字型實(shí)腹焊接截面柱。下階柱除承受上柱荷載外，還需承受?chē)嵨惠^大的吊車(chē)荷載，如果采用實(shí)腹一「字型截面柱，則柱截面會(huì)很大，不經(jīng)濟(jì)，該工程中下柱采用格構(gòu)式鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)方案。充分利用了鋼管和混凝土兩種材料的力學(xué)性能，減少了柱子截面尺寸，且外形美觀。肩梁采用單腹壁肩梁。

2.4吊車(chē)梁和吊車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)

該廠房共兩跨，每跨內(nèi)均有兩臺(tái)350t的重級(jí)工作制（A7）軟鉤吊車(chē)，吊車(chē)跨度為18m，吊車(chē)梁跨度有21， 24，27m等多種，由于吊車(chē)梁承受荷載很重，吊車(chē)梁截面較大，有兩種方案可供選擇：第一種是采用傳統(tǒng)的工字形鋼吊車(chē)梁；第二種方案是采用箱形截面梁。采用箱形截面梁，可以降低梁的高度，但是耗鋼量大，焊接困難，施工麻煩，因此選用了第一種方案，即采用焊接工字形鋼吊車(chē)梁，跨度大的吊車(chē)梁端頭采用直角突變式變截面梁。

由于吊車(chē)噸位較大，吊車(chē)梁的翼緣板厚度較厚。對(duì)于厚板，不僅要求沿寬度和長(zhǎng)度方向有一定的力學(xué)性能，而且要求厚度方向具有良好的抗層撕裂性能。因此設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定，對(duì)于厚度）40 mm的鋼板，厚度方向抗層狀撕裂性能應(yīng)符合《厚度方向性能鋼板》（ GB5313-85）中Z15向性能級(jí)別要求、鋼板正火供貨和碳含量的要求。并要求鋼板逐張超聲波檢查，檢驗(yàn)方法按《厚鋼板超聲波檢驗(yàn)方法》（ GB/T2970-2004 ） ，其檢驗(yàn)等級(jí)為2級(jí)。制動(dòng)板采用t=6mm的花紋鋼板，吊車(chē)為重級(jí)工作制或起重量Q > 200t的中級(jí)工作制時(shí)，焊接吊車(chē)梁上翼緣與制動(dòng)板的連接通常采用高強(qiáng)螺栓。這種做法施工難度大，而且造價(jià)較高。本設(shè)計(jì)采用永久螺栓加焊接的連接方式，這種連接方式經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，受力性能良好，并通過(guò)多項(xiàng)工程實(shí)踐檢驗(yàn)表明能夠滿足設(shè)計(jì)要求。制動(dòng)板與輔助析架上弦的連接，采用焊縫連接。

2.5柱子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

排架柱以邊柱為例，如圖1所示。

鋼柱為單階柱。上柱采用實(shí)腹式柱，下柱采用格構(gòu)式鋼管混凝土柱。鋼管材料選用Q345 B鋼，管內(nèi)用C45混凝土填充，綴條采用空心鋼管。澆灌混凝土的孔開(kāi)在肩梁以下，孔徑約200mm，可在工廠開(kāi)孔，但不宜將孔板割掉，以免雜物掉進(jìn)管內(nèi).待管內(nèi)混凝土被振搗密實(shí)并達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的50%以后，方可焊接孔板。鋼管中混凝土應(yīng)采用壓力灌漿法澆筑，為使管內(nèi)混凝土密實(shí)，在肩梁上翼緣板各開(kāi)有直徑為30mm的泄氣孔，灌漿時(shí)應(yīng)振搗密實(shí)，直到泄氣孔冒漿為止。

2.6柱間支撐設(shè)計(jì)

為保證廠房的縱向剛度和空間剛度，承受山墻風(fēng)力、吊車(chē)縱向剎車(chē)荷載、溫度應(yīng)力和地震作用，沿廠房縱向設(shè)置上、下柱間支撐。下柱柱間支撐設(shè)兩道，原則上應(yīng)該布置在溫度區(qū)段中間三分之一處，但是工藝要求，有些位置不能布置柱間支撐，將其位置做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整以滿足工藝要求。上柱支撐設(shè)四道，上柱支撐除在設(shè)有下柱支撐的柱間布置外，在溫度區(qū)段的兩端另設(shè)兩道本工程的上、下段柱間支撐均設(shè)置為雙片支撐。

2.7廠房的縱向剛度計(jì)算

重級(jí)工作制廠房的縱向剛度需經(jīng)計(jì)算確定，即由一臺(tái)起重量最大的吊車(chē)產(chǎn)生的縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值（不考慮動(dòng)力系數(shù)）引起柱在吊車(chē)梁上翼緣頂面標(biāo)高處的縱向位移值，不得超過(guò)H/4000 （ H為柱腳底面到吊車(chē)梁上翼緣頂面的距離）。計(jì)算柱縱向位移時(shí)，通常采用以下假定：1）僅考慮柱間支撐或其它縱向框架的剛度，而忽略柱剛度的影響，同時(shí)假定支撐與柱的連接節(jié)點(diǎn)為鉸接。2）計(jì)算十字交叉支撐時(shí)，一般僅考慮拉桿工作。 3）當(dāng)縱向水平構(gòu)件如吊車(chē)梁、輔助析架等截面較大時(shí)，可忽略其軸向變形影響。 4）吊車(chē)縱向水平力T。由溫度區(qū)段內(nèi)所有柱間支撐共同承擔(dān)。

2.8廠房的溫度應(yīng)力計(jì)算

該廠房的縱向總長(zhǎng)度為489 m，分為長(zhǎng)度為258和228m的兩個(gè)溫度區(qū)段。中間設(shè)置溫度縫，溫度縫采用雙柱處理方案，雙柱間距為3m。兩個(gè)溫度區(qū)段的長(zhǎng)度均超過(guò)規(guī)范規(guī)定的長(zhǎng)度，而且下柱設(shè)置了兩道支撐，因此需進(jìn)行溫度應(yīng)力計(jì)算。

2.9基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

該工程所在場(chǎng)地基本上為淺埋中風(fēng)化巖層，局部有新近填土，但深度不超過(guò)13m。泥巖的變形模量為1286.8 MPa，承載力特征值為1890kPa。砂巖的變形模量為3352. 9MPa，承載力特征值為6825 kPa。基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)和獨(dú)立基礎(chǔ)兩種方式，有回填土部分基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，其他部分采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。由于該項(xiàng)目所在位置工程地質(zhì)條件良好，兩種基礎(chǔ)雖然形式不同，但是采用相同的持力層，均為質(zhì)地堅(jiān)硬的巖石，壓縮變形量很小，因此不會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，能夠滿足設(shè)計(jì)要求。柱腳為插人式柱腳，構(gòu)造簡(jiǎn)單、節(jié)約鋼材、安全可靠。

3.結(jié)語(yǔ)

該工程設(shè)計(jì)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1）采用傳統(tǒng)的實(shí)腹式吊車(chē)梁，避免了箱形梁施工工藝的麻煩；2）排架柱下柱采用鋼管混凝土，充分利用鋼材和混凝土的材料性能，有效的減少了鋼材用量；3）溫度區(qū)段的長(zhǎng)度超過(guò)規(guī)范要求，需經(jīng)過(guò)計(jì)算驗(yàn)證其變形量和溫度應(yīng)力的大小。該廠房由于其吊車(chē)噸位大，用鋼量較大，因此結(jié)構(gòu)的布置和選型的合理與否直接影響到造價(jià)的高低，同時(shí)還要兼顧生產(chǎn)工藝的布置和實(shí)際施工的方便性等綜合考慮。本文通過(guò)對(duì)該設(shè)計(jì)的介紹，為以后類似工程的設(shè)計(jì)提供了一定的參考。